《論變頻技術(shù)應(yīng)用于發(fā)展》

1、 鄭州工業(yè)安全職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目： 論變頻技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 姓 名 系 別 信息工程系 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí) 08級(jí)（1）班 指導(dǎo)教師 年 月 日 前 言內(nèi)容摘要3前 言4第一章、變頻技術(shù)概述5第一節(jié)、變頻技術(shù)的概念5第二節(jié)、我國(guó)變頻器技術(shù)的發(fā)展概況6第二章、電力電子器件8第一節(jié)、電力電子器件更新8第二節(jié)、半控型電力電子器件9第三節(jié)、晶閘管的特性和參數(shù)9第四節(jié)、電力電子器件的發(fā)展9第三章、變頻器在變頻技術(shù)中的應(yīng)用10第一節(jié)、變頻器簡(jiǎn)介10第二節(jié)、變頻器的分類10第三節(jié)、變頻器的選擇13第四節(jié)、變頻器的優(yōu)點(diǎn)15第五節(jié)、變頻器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用16第四章、變頻器的現(xiàn)狀及變頻技術(shù)的發(fā)

2、展方向21第一節(jié)、變頻器的現(xiàn)狀22第二節(jié)、變頻器的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向24第三節(jié)、變頻器市場(chǎng)產(chǎn)品簡(jiǎn)介27第五章、國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景29第一節(jié)、國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)現(xiàn)狀30第二節(jié)、國(guó)外變頻技術(shù)狀31第三節(jié)、變頻技術(shù)的發(fā)展前景32參考文獻(xiàn)33致謝33內(nèi)容摘要 隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，中國(guó)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在我們更加提倡節(jié)能與環(huán)保，闡述了我國(guó)變頻技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展情況以及變頻技術(shù)在國(guó)內(nèi)各領(lǐng)域?qū)嶋H控制中的應(yīng)用，并對(duì)國(guó)內(nèi)外變頻技術(shù)的狀況做了對(duì)比分析，總結(jié)了取得的成績(jī)和我國(guó)變頻技術(shù)的發(fā)展走向等。 關(guān)鍵詞：變頻技術(shù) 自動(dòng)控制 節(jié)能 電力電子技術(shù) 控制理論 content abstract with chinas r

3、apid economic development, chinas scientific and technological progress, we are now even more to promote energy saving and environmental protection, and describes the status of inverter technology and frequency conversion technology with the development of various areas in the country of actual cont

4、rol, and the frequency at home and abroad the status of technology to do a comparative analysis, summarized the achievements and development trend of china and other frequency conversion technology.keywords: converter technique automata save energy power and electron technology control theory 前 言 伴隨

5、著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并正在日新月異的發(fā)展。已從最初的整流、交直流可控電源等發(fā)展到直流輸電、不同頻率電網(wǎng)系統(tǒng)的鏈接、靜止無常功率補(bǔ)償和諧波吸收、超導(dǎo)電抗器的電力儲(chǔ)備、高頻輸電。在運(yùn)輸及產(chǎn)業(yè)行業(yè)正在以交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速逐步代替直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、并應(yīng)用到超導(dǎo)懸浮列車、高速鐵路、電動(dòng)汽車、產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人；在家用電器方面有變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻電動(dòng)自行車等；軍事方面則有通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、宇宙設(shè)備的小型輕量化電源等。 近年來，交流變頻調(diào)速技術(shù)在我國(guó)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，變頻調(diào)速在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、低速轉(zhuǎn)矩、通訊功能、智能控制、節(jié)約電能、提高

6、功率因數(shù)、提高工作效率、使用方便等方面優(yōu)異的性能，是其他的交流調(diào)速方式無法比擬的。變頻器以體積小、重量輕、通用性強(qiáng)、適用范圍廣、保護(hù)功能完善、可靠性高、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，深受鋼鐵、冶金、礦山、石化、醫(yī)藥、食品、紡織、印染、機(jī)械、電力、建材、造紙等行業(yè)的歡迎，使用變頻器后經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著第一章、 變頻技術(shù)概述 第一節(jié)、 變頻技術(shù)的概念 變頻技術(shù)，簡(jiǎn)單地說就是把直流電逆變成不同頻率的交流電，或是把交流電變成直流電在逆變成不同頻率的交流電，或是把直流電變成交流電再把交流電變成直流電。在這些變化中，一般只是頻率發(fā)生變化。 變頻技術(shù)是能夠?qū)㈦娦盘?hào)的頻率，按照對(duì)其具體電路的要求而進(jìn)行變換的應(yīng)用型技

7、術(shù)。其中主要類型有以下幾種：（1）交直變頻技術(shù)（整流技術(shù)）。它通過二極管整流、二極管續(xù)流或晶閘管、功率晶閘管可控整流而實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換。 （2）直直流變頻技術(shù)（斬波技術(shù)）。它通過改變功率半導(dǎo)體器件的通斷時(shí)間，既改變脈沖的頻率（定寬頻率），或改變脈沖的寬度（定頻調(diào)寬），從而達(dá)到調(diào)節(jié)直流平均電壓的目的。 （3）直交變頻技術(shù)，電子學(xué)中稱震蕩技術(shù)，電力電子學(xué)中稱逆變技術(shù)。振蕩器利用電子放大器件將直流電變成不同頻率的交流電（甚至電磁波）。逆變器則利用功率開關(guān)將直流電變成不同頻率的交流電。（4）交交變頻技術(shù)（既移向技術(shù)）。它通過控制功率半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)交流無觸點(diǎn)開關(guān)、調(diào)壓、調(diào)光、調(diào)速等目的。

8、 表1-1為變頻技術(shù)的類型表。 輸入輸出 交 流 直 流 直流 整流 斬波 交流 移相 震蕩/逆變 表1-1 變頻技術(shù)的類型表 第二節(jié)、我國(guó)變頻器技術(shù)的發(fā)展概況隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯露出來。由于換向器的存在，使直流電機(jī)的維護(hù)工作量加大，單機(jī)容量，最高轉(zhuǎn)速，以及使用環(huán)境都受到限制。人們轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)，價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)，但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。于是，從20世紀(jì)30年代開始，人們致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而進(jìn)展緩慢。在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速一直以優(yōu)異的性能統(tǒng)治電氣傳動(dòng)領(lǐng)域。上世紀(jì)60年代以后，特別是70年代以來，電力電子技術(shù)、控制技術(shù)

9、和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步替代直流調(diào)速的時(shí)代。這10多年來，我國(guó)的變頻器產(chǎn)業(yè)從無到有不斷壯大，發(fā)展不可謂不迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)現(xiàn)有大大小小的變頻器生產(chǎn)廠100多家，年銷售額已達(dá)數(shù)十億元，但這只占全國(guó)變頻器市場(chǎng)容量的一小部分，70%80%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被各種國(guó)外變頻器所占領(lǐng)?；仡櫸覈?guó)變頻器的發(fā)展歷程，結(jié)合我國(guó)國(guó)情開發(fā)出適銷對(duì)路的產(chǎn)品，逐步擴(kuò)大市場(chǎng)份額，是國(guó)人的期盼。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，許多產(chǎn)品的科研開發(fā)能力落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，它既對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)，也對(duì)國(guó)外公司敞開，很多先進(jìn)的產(chǎn)品從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口。上世紀(jì)

10、80年代末，大連電機(jī)廠從日本東芝公司引進(jìn)了一條變頻器生產(chǎn)線，變頻器的型號(hào)為g130，功率器件用的是大功率晶體管gtr，cpu是mcs一51芯片，調(diào)制方式sp姍，控制方式v/f。這可能是我國(guó)最早有規(guī)模地組裝國(guó)外較先進(jìn)的變頻器，雖然這種變頻器在當(dāng)時(shí)不是最好的變頻器，但比用可控硅作為功率器件的變頻器要先進(jìn)得多。在工業(yè)上應(yīng)用中，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化過快，由于gtr工作頻率低及v/f控制方式建模使用的穩(wěn)態(tài)模型，變頻器的動(dòng)態(tài)性能較差，常出現(xiàn)功率器件gtr損壞，可靠性較差。另外，v/f控制變頻器低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，重載起動(dòng)困難。同時(shí)在我國(guó)銷售的富士變頻器是gs/ps，三墾變頻器是svf，在性能和可靠性上與g130變頻

11、器不相上下。今日自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在中國(guó)64談我國(guó)變頻技術(shù)的發(fā)展杜俊明90年代初，臺(tái)灣普傳進(jìn)入內(nèi)地，帶來的產(chǎn)品是pi89變頻器，它是日本春日kv一8的翻版，電源還不是開關(guān)電源，功率器件用的是大功率晶體管gtr，cpu是8085芯片，調(diào)制方式是sp姍，控制策略是v/f。臺(tái)灣普傳在內(nèi)地的營(yíng)銷策略和其他的廠商不同，它是采用組建合資公司的形式。在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，在廣闊的國(guó)土上，從南到北，從東到西，組建了慶普、漢普、西普、上普、南普、紡普、普達(dá)、普天等合資公司，研發(fā)中心設(shè)在深我國(guó)的電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始建于1954年，當(dāng)時(shí)第一批該專業(yè)范圍內(nèi)的學(xué)生從各大專院校畢業(yè)，同時(shí)在機(jī)械工業(yè)部建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，這就

12、是后來的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。由于眾所周知的原因，在上世紀(jì)80年代末和90年代初，接觸過變頻器和熟悉變頻技術(shù)的技術(shù)人員非常少。在普傳的合資公司中，很多的技術(shù)人員都是第一次見到變頻器，然后在組裝變頻器的過程中學(xué)習(xí)變頻技術(shù)，并逐步掌握開發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)，給今后類似的工作打下一定基礎(chǔ)。1993年普傳和清華大學(xué)電機(jī)系合作開發(fā)電壓空間矢量控制變頻器，在深圳有幾名清華大學(xué)的研究生在做開發(fā)，其產(chǎn)品就是現(xiàn)在仍在銷售的pi97及其改進(jìn)型。后來的安邦信，變頻器都不難看出有pi97的痕跡。有一段時(shí)間，臺(tái)灣普傳和臺(tái)灣利佳合資，利佳4001變頻器就是明電865的翻版，利佳5001變頻器仿造三墾mf。利佳4001變

13、頻器也是v/f，spwm，gtr，cpu用16位單片機(jī)，電源己經(jīng)是開關(guān)電源了，整機(jī)性能比pi89、g130要好，但仍不理想。從普傳進(jìn)入內(nèi)地到現(xiàn)在己經(jīng)過去10多年了，這10多年中，有過很多變頻器廠商，前后算來接近200家。近幾年，變頻器的廠商發(fā)生了相當(dāng)大的變化，進(jìn)來得快，出去得也快，到現(xiàn)在仍有100來家。另外，在國(guó)內(nèi)還有不少國(guó)外和臺(tái)灣廠商的獨(dú)資公司、合資公司，如北京abb、天津sie訛ns、富士、臺(tái)安、臺(tái)達(dá)等在國(guó)內(nèi)都有獨(dú)資公司或合資公司。在組裝變頻器的過程中，我方技術(shù)人員有機(jī)會(huì)接觸變頻器先進(jìn)技術(shù)和管理方法，這些人員成了國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)一支重要力量。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)成就了國(guó)內(nèi)幾家大公司的崛起，如華為、森蘭、惠

14、豐等。作為國(guó)內(nèi)最大的變頻器制造商，森蘭從做v/f控制的變頻器開始，逐步完善和提高變頻技術(shù)，通過多年的技術(shù)實(shí)踐，積累和對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的消化吸收，己經(jīng)能夠開發(fā)出具有先進(jìn)水平轉(zhuǎn)子磁鏈定向、磁通觀測(cè)采用自校正算法的矢量控制變頻器，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)和力矩的完全解禍，做到ihz時(shí)200%額定轉(zhuǎn)矩，即使在零頻也有100%轉(zhuǎn)矩，如森蘭sb70系列變頻器。由此可見，盡管國(guó)內(nèi)與國(guó)外變頻技術(shù)上相比還有差距，但己經(jīng)大大地縮小了。深圳后來又在大連建了一個(gè)合資廠，這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大和最完善的變頻器營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)。各合資公司組裝變頻器采用的機(jī)箱、主控制板、驅(qū)動(dòng)板等都是在臺(tái)灣做好后運(yùn)來的。由于充分地整合國(guó)內(nèi)的資源，那幾年銷售的業(yè)績(jī)非常好，p

15、i89變頻器成了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品。由于產(chǎn)品性能和質(zhì)量方面的原因，以及后來性能和質(zhì)量更好的變頻器進(jìn)入我國(guó)，p工89變頻器的市場(chǎng)在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)很快萎縮，直至被淘汰出局。同時(shí)進(jìn)入內(nèi)地的還有臺(tái)灣的陽岡公司，與貴州無線電專用設(shè)備廠合資成東岡公司，產(chǎn)品也是類似p工89的變頻器，性能和質(zhì)量都不盡人意，也很快在市場(chǎng)上消失了。 第二章、電力電子器件 電力電子器件是電力電子技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)關(guān)鍵，也是變頻技術(shù)發(fā)展的“龍頭”?？梢哉f，電力電子技術(shù)起步于晶閘管，普及與功率晶閘管gtr，提高與絕緣柵雙極型晶閘管igbt。新型電力電子器件的涌現(xiàn)與發(fā)展，促進(jìn)了電力電子電路的結(jié)構(gòu)、控制方式、裝置性能的提高。第

16、一節(jié)、電力電子器件更新逆變器從采用晶閘管半控器件到采用gtr全控器件.其輸出波形從交流方波發(fā)展為脈寬調(diào)制(pwm)波形，大大減小了諧波分量，拓寬了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速范圍，并減小了轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)幅度。然而，gtr工作頻率一般在zkhz以下，載波頻率和最小脈寬都受到限制，難以得到較為理想的正弦波脈寬調(diào)制波形，使異步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速時(shí)產(chǎn)生噪聲。igbt的工作頻率可在10一20khz之間，與gtr相比，不僅工作頻率高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且在電壓和電流指標(biāo)均已超出gtr。由于逆變器載波頻率的提高，以及可以構(gòu)成特定的pwm波形，異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制器的諧波噪聲大為降低。智能功率模塊(ipm)是以igbt為開關(guān)器

17、件，同時(shí)含有驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路的一種功率集成器件(pic)。ipm的保護(hù)功能有過電流、短路、欠電壓、過電壓和過熱等，還可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。由ipm組成的逆變器只需對(duì)橋臂上各個(gè)igbt提供隔離的pwm信號(hào)即可。簡(jiǎn)單的外部電路和控制電路的集成化，使變頻器體積大為減小。還有，由于功率開關(guān)器件的故障檢測(cè)和保護(hù)電路接近故障點(diǎn)，故可以抑制故障擴(kuò)大，保證裝置可靠運(yùn)行。 第二節(jié)、半控型電力電子器件 半控型電力電子器件主要是指晶體閘流管（簡(jiǎn)稱晶閘管）?！鞍肟亍钡暮x是指晶閘管可以被控制導(dǎo)通，而不能用門極控制關(guān)斷。由于晶閘管耐壓高、電流大、抗沖擊性能強(qiáng)，所以即使全控型電力電子器件在飛速地發(fā)展，它仍具有很強(qiáng)的生命力。

18、 第三節(jié)、晶閘管的特性和參數(shù)晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應(yīng)用于可控整流、交流調(diào)壓、無觸點(diǎn)電子開關(guān)、逆變及變頻等電子電路中。普通晶閘管的主要參數(shù)有： 正向重復(fù)峰值電壓，反向重復(fù)峰值電壓，通態(tài)平均電流，維持電流和摯住電流。 第四節(jié)、電力電子器件的發(fā)展電力電子器件的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階： 第一個(gè)階段是從1956 年晶閘管的問世至 70 年代初，稱之為晶閘管時(shí)代 。 這個(gè)時(shí)期由于晶閘管是半控型器件，其控制技術(shù)是相控技術(shù)。關(guān)斷這些器件，需要強(qiáng)迫換相電路，使得整體重量和體積增大、效率和可靠性降低，且晶閘管工作頻率較低（一般低于 400hz），這些固

19、有限制大大限制了它的應(yīng)用。第二個(gè)階段是從 20 世紀(jì) 70 年代初到 2007 年，稱為全控型器件大發(fā)展階段。 70 年代后期以來， 這些全控型器件主要有可關(guān)斷晶閘管(gto)、電力晶體管(gtr 或 bjt)及其模塊相繼實(shí)用化。 此后各種高頻全控型器件不斷問世，并得到迅速發(fā)展。 這些器件主要有電力場(chǎng)控晶體管(即功率 mosfet)、絕緣柵極雙極晶體管(igt 或 igbt)、靜電感應(yīng)晶體管(sit)和靜電感應(yīng)晶閘管(sith)等。 最近涌現(xiàn)出來的新型全控器件有 mos 控制晶閘管（mct）、集成門集換流晶閘管（igct）和電子注入增強(qiáng)柵晶體管（iect）等。第三個(gè)階段是從 20 世紀(jì) 80

20、年代末到至今，稱為功率集成電路（pic）的興起。 如：智能化模塊 ipm、專用功率器件模塊 aspm 等。 模塊化功率器件將是 21 世紀(jì)的主宰器件。 第三章、變頻器在變頻技術(shù)中的應(yīng)用變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)制造的一種靜止的變頻變換器，它是利用半導(dǎo)體器件的通斷作用將頻率固定（通常為工頻50hz）的交流電的電能控制裝置。作為電動(dòng)機(jī)的電源裝置，使用也比較為普遍。變頻器按應(yīng)用類型可分為兩大類：一是是用于轉(zhuǎn)動(dòng)變速；另一類是用于多種靜止電源。使用變頻器可以節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。第一節(jié)、變頻器簡(jiǎn)介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。把工頻電源(50hz或60h

21、z)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備，其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。變頻調(diào)速器（frequency changer / frequency converter）是一種用來改變交流電頻率的電氣設(shè)備。此外，它還具有改變交流電電壓的輔助功能。過去，變頻調(diào)速器一般被包含在電動(dòng)發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器等電氣設(shè)備中。隨著半導(dǎo)體電子設(shè)備的出現(xiàn)，人們已經(jīng)可以生產(chǎn)完全獨(dú)立的變頻調(diào)速器。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的cpu以及一些相應(yīng)的電路。變頻調(diào)速

22、是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。第二節(jié)、變頻器的分類 單元性串聯(lián)變頻器這是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設(shè)計(jì)，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。 整套變頻器共有18個(gè)功率單元，每相由6臺(tái)功率單元相串聯(lián)，并組成y形連接，直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。每臺(tái)功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。 變頻器的輸入部分是一臺(tái)移相變壓器，原邊y形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共18副三相繞組，分別為每臺(tái)功率單元供電。它們被平均分成、三大部分

23、，每部分具有6副三相小繞組，之間均勻相位偏移10度。該變頻器的特點(diǎn)如下：（1） 采用多重化pwm方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。（2） 整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達(dá)36，功率因數(shù)高，輸入諧波小（3） 模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便，增強(qiáng)了產(chǎn)品的互換性。（4） 直接高壓輸出，無需輸出變壓器。（5） 極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。（6） 采用光纖通訊技術(shù)，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。（7） 功率單元自動(dòng)旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機(jī)功能。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了電氣傳動(dòng)的技術(shù)革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢(shì)。交流電

24、機(jī) 變頻調(diào)速是當(dāng)今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運(yùn)行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動(dòng)性 能等諸多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點(diǎn)很多，諧波大， 對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)都有影響。近年來，發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如igbt、igct、sgct等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實(shí) 現(xiàn)pwm逆變，甚至是pwm整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。1：按變換的環(huán)節(jié)分（1）交-直-交變頻器，則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把直流變換成頻率電

25、壓可調(diào)的交流，又稱間接式變頻器，是目前廣泛應(yīng)用的通用型變頻器。（2）可分為交-交變頻器，即將工頻交流直接變換成頻率電壓可調(diào)的交流，又稱直接式變頻器；2：按直流電源性質(zhì)分類（1）電壓型變頻器，特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場(chǎng)合。（2）電流型變頻器，特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓接近正弦波，由于該直流內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器（電流型）。電流型變頻器的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）是能扼制負(fù)載電流頻繁而急劇的變化。常選用于負(fù)載電流變化

26、較大的場(chǎng)合。3：按主電路工作方法電壓型變頻器、電流型變頻器4：按照工作原理分類可以分為v/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器、矢量控制變頻器和直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器5：按照開關(guān)方式分類可以分為pam控制變頻器、pwm控制變頻器和高載頻pwm控制變頻器；6：按照用途分類可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。此外，變頻器還可以按輸出電壓調(diào)節(jié)方式分類，按控制方式分類，按主開關(guān)元器件分類，按輸入電壓高低分類。7：按變頻器調(diào)壓方法（1）pam變頻器是一種通過改變電壓源ud 或電流源id的幅值進(jìn)行輸出控制的。（2）pwm變頻器方式是在變頻器輸出波形的一個(gè)周期產(chǎn)生個(gè) 脈沖波個(gè)

27、脈沖，其等值電壓為正弦波，波形較平滑。8：按工作原理分u/f控制變頻器（vvvf控制）、sf控制變頻器（轉(zhuǎn)差頻率控制）、vc控制變頻器（vectory control 矢量控制)9：按國(guó)際區(qū)域分類（1）國(guó)產(chǎn)變頻器（2）西歐變頻器（3）美國(guó)變頻器（4）日本變頻器（5）韓國(guó)變頻器（6）臺(tái)灣變頻器（7）其它變頻器10：按電壓等級(jí)分類高壓變頻器、中壓變頻器、低壓變頻器第三節(jié)、變頻器的選擇目前，國(guó)內(nèi)外已有眾多生產(chǎn)廠家定型生產(chǎn)多個(gè)系列的變頻器，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇滿足使用要求的變頻器。3.3.1、變頻器中偏僻調(diào)速的目的變頻調(diào)速已被公認(rèn)為是最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一，采用通用變頻器構(gòu)成變頻調(diào)速傳

28、動(dòng)系統(tǒng)的主要目的：一是為了滿足提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備自動(dòng)化程度、提高生活質(zhì)量及改善生活環(huán)境等要求；二是為了節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本。用戶根據(jù)自己的實(shí)際工藝要求和運(yùn)用場(chǎng)合選擇不同類型的變頻器。3.3.2、正確選擇變頻器的意義正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)控制系統(tǒng)能夠的正常運(yùn)行是非常關(guān)鍵的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)

29、設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使同用變頻器不能正常運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，變頻器地線的連接也是非常重要的。3.3.3、如何選擇變頻器1.變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)：（1）采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。（2）變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 （3）變頻器與負(fù)載的匹配問題i.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。ii. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和

30、過載能力。 iii.轉(zhuǎn)矩匹配；這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。（4）在使用變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。（5）變頻器如果要長(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣情況下，變頻器容量要放大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 （6）對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器容量要放大一擋。 2.變頻器的使用滿足要求（1）對(duì)于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，由于低速時(shí)轉(zhuǎn)矩較小，對(duì)過載能力和轉(zhuǎn)速精度要求極低，被援用廉

31、價(jià)的變頻器。（2）對(duì)于希望具有恒轉(zhuǎn)矩特性，但在轉(zhuǎn)速精度及動(dòng)態(tài)性能方面要求不高的負(fù)載，可選擇用無矢量控制型變頻器。（3）對(duì)于低速時(shí)要求有較硬的機(jī)械特性，并要求有一定的調(diào)速精度，但在動(dòng)態(tài)性能方面無較高要求的負(fù)載，可以選用不帶速度反饋的矢量控制型變頻器。（4）對(duì)于某些對(duì)調(diào)速精度和動(dòng)態(tài)性能方面都有較高要求，以及要求高精度同步運(yùn)行的負(fù)載，可以選用帶速度反饋的矢量控制變頻器。 調(diào)速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械的控制對(duì)象中，有速度、位置、張力、流量、溫度、壓力等。對(duì)于每一個(gè)控制對(duì)象，其產(chǎn)生的機(jī)械特性和性能要求是不同的，選擇變頻器室要考慮這些特點(diǎn)。第四節(jié)、變頻器的優(yōu)點(diǎn)3.4.1變頻器的節(jié)能效果 變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)

32、機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。由流體力學(xué)可知，p（功率）=q（流量）h（壓力），流量q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，壓力h與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，功率p與轉(zhuǎn)速n的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速n可成比例

33、的下降，而此時(shí)軸輸出功率p成立方關(guān)系下降。即水泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方比的關(guān)系。所隊(duì)當(dāng)所要求的流量q減少時(shí)，可調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n按比例降低。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率p將按三次方關(guān)系大幅度地降低，比調(diào)節(jié)擋板、閥門節(jié)能40%一50%，從而達(dá)到節(jié)電的目的。 以上海正藝信息科技有限公司生產(chǎn)的變頻器應(yīng)用到風(fēng)機(jī)水泵型負(fù)載的節(jié)能的例子來說：一臺(tái)離心泵電機(jī)功率為55千瓦，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的4/5時(shí)，其耗電量為28.16千瓦，省電48.8%，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的l/2時(shí)，其耗電量為6.875千瓦，省電87.5%。3.4.2功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降

34、低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。3.4.3軟啟動(dòng)節(jié)能電機(jī)硬啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)擋板和閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。 第五節(jié)、變頻器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用3.5.1變頻器控制原理圖設(shè)計(jì)（1）首先確認(rèn)變頻器的安裝

35、環(huán)境i.工作溫度。變頻器內(nèi)部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產(chǎn)品一般要求為055，但為了保證工作安全、可靠，使用時(shí)應(yīng)考慮留有余地，最好控制在40以下。在控制箱中，變頻器一般應(yīng)安裝在箱體上部，并嚴(yán)格遵守產(chǎn)品說明書中的安裝要求，絕對(duì)不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。 ii. 環(huán)境溫度。溫度太高且溫度變化較大時(shí)，變頻器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，其絕緣性能就會(huì)大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時(shí)，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。在水處理間，一般水汽都比較重，如果溫度變化大的話，這個(gè)問題會(huì)比較突出。 iii.腐蝕性氣體。使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電

36、路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。iv. 振動(dòng)和沖擊。裝有變頻器的控制柜受到機(jī)械振動(dòng)和沖擊時(shí)，會(huì)引起電氣接觸不良?；窗矡犭娋统霈F(xiàn)這樣的問題。這時(shí)除了提高控制柜的機(jī)械強(qiáng)度、遠(yuǎn)離振動(dòng)源和沖擊源外，還應(yīng)使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內(nèi)電磁開關(guān)之類產(chǎn)生振動(dòng)的元器件。設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。 v. 電磁波干擾。變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾。因此，柜內(nèi)儀表和電子系統(tǒng)，應(yīng)該選用金屬外殼，屏蔽變頻器對(duì)儀表的干擾。所有的元器件均應(yīng)可靠接地，除此之外，各電氣元件、儀器及儀表之間的連線應(yīng)選用屏蔽控制電纜，且屏蔽

37、層應(yīng)接地。如果處理不好電磁干擾，往往會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無法工作，導(dǎo)致控制單元失靈或損壞。 3.5.2變頻器和電機(jī)的距離確定電纜和布線方法i.變頻器和電機(jī)的距離應(yīng)該盡量的短。這樣減小了電纜的對(duì)地電容，減少干擾的發(fā)射源。ii. 控制電纜選用屏蔽電纜，動(dòng)力電纜選用屏蔽電纜或者從變頻器到電機(jī)全部用穿線管屏蔽。iii.電機(jī)電纜應(yīng)獨(dú)立于其它電纜走線，其最小距離為。同時(shí)應(yīng)避免電機(jī)電纜與其它電纜長(zhǎng)距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們按度角交叉。與變頻器有關(guān)的模擬量信號(hào)線與主回路線分開走線，即使在控制柜中也要如此。iv. 與變頻器有關(guān)的模擬信號(hào)線

38、最好選用屏蔽雙絞線，動(dòng)力電纜選用屏蔽的三芯電纜（其規(guī)格要比普通電機(jī)的電纜大檔）或遵從變頻器的用戶手冊(cè)。3.5.3變頻器控制原理圖；i.主回路：電抗器的作用是防止變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過電源的輸入回路返回到電網(wǎng)從而影響其他的受電設(shè)備，需要根據(jù)變頻器的容量大小來決定是否需要加電抗器；濾波器是安裝在變頻器的輸出端，減少變頻器輸出的高次諧波，當(dāng)變頻器到電機(jī)的距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)該安裝濾波器。雖然變頻器本身有各種保護(hù)功能，但缺相保護(hù)卻并不完美，斷路器在主回路中起到過載，缺相等保護(hù)，選型時(shí)可按照變頻器的容量進(jìn)行選擇?？梢杂米冾l器本身的過載保護(hù)代替熱繼電器。ii. 控制回路：具有工頻變頻的手動(dòng)切換，以便在變頻出現(xiàn)

39、故障時(shí)可以手動(dòng)切工頻運(yùn)行，因輸出端不能加電壓，固工頻和變頻要有互鎖。變頻器控制原理圖3-1所示 變頻器控制原理圖3.5.4變頻器的接地變頻器正確接地是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，抑制噪聲能力的重要手段。變頻器的接地端子的接地電阻越小越好，接地導(dǎo)線的截面不小于4mm，長(zhǎng)度不超過5m。變頻器的接地應(yīng)和動(dòng)力設(shè)備的接地點(diǎn)分開，不能共地。信號(hào)線的屏蔽層一端接到變頻器的接地端，另一端浮空。變頻器與控制柜之間電氣相通。 3.5.5變頻器控制柜設(shè)計(jì)：變頻器應(yīng)該安裝在控制柜內(nèi)部，控制柜在設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下問題 （1）散熱問題：變頻器的發(fā)熱是由內(nèi)部的損耗產(chǎn)生的。在變頻器中各部分損耗中主要以主電路為主，約占98%，控制電路占2%

40、。為了保證變頻器正?？煽窟\(yùn)行，必須對(duì)變頻器進(jìn)行散熱我們通常采用風(fēng)扇散熱；變頻器的內(nèi)裝風(fēng)扇可將變頻器的箱體內(nèi)部散熱帶走，若風(fēng)扇不能正常工作，應(yīng)立即停止變頻器運(yùn)行；大功率的變頻器還需要在控制柜上加風(fēng)扇，控制柜的風(fēng)道要設(shè)計(jì)合理，所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)，排風(fēng)通暢，避免在柜中形成渦流，在固定的位置形成灰塵堆積；根據(jù)變頻器說明書的通風(fēng)量來選擇匹配的風(fēng)扇，風(fēng)扇安裝要注意防震問題。（2）電磁干擾問題：i.變頻器在工作中由于整流和變頻，周圍產(chǎn)生了很多的干擾電磁波，這些高頻電磁波對(duì)附近的儀表、儀器有一定的干擾，而且會(huì)產(chǎn)生高次諧波，這種高次諧波會(huì)通過供電回路進(jìn)入整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，從而影響其他儀表。如果變頻器的功率很大占

41、整個(gè)系統(tǒng)25%以上，需要考慮控制電源的抗干擾措施。 ii.當(dāng)系統(tǒng)中有高頻沖擊負(fù)載如電焊機(jī)、電鍍電源時(shí)，變頻器本身會(huì)因?yàn)楦蓴_而出現(xiàn)保護(hù)，則考慮整個(gè)系統(tǒng)的電源質(zhì)量問題。防護(hù)問題需要注意以下幾點(diǎn)i.防水防結(jié)露：如果變頻器放在現(xiàn)場(chǎng)，需要注意變頻器柜上方不的有管道法蘭或其他漏點(diǎn)，在變頻器附近不能有噴濺水流，總之現(xiàn)場(chǎng)柜體防護(hù)等級(jí)要在ip43以上。ii. 防塵：所有進(jìn)風(fēng)口要設(shè)置防塵網(wǎng)阻隔絮狀雜物進(jìn)入，防塵網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為可拆卸式，以方便清理，維護(hù)。防塵網(wǎng)的網(wǎng)格根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定，防塵網(wǎng)四周與控制柜的結(jié)合處要處理嚴(yán)密。iii.防腐蝕性氣體：在化工行業(yè)這種情況比較多見，此時(shí)可以將變頻柜放在控制室中。3.5.6變

42、頻器接線規(guī)范：信號(hào)線與動(dòng)力線必須分開走線：使用模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制變頻器時(shí)，為了減少模擬量受來自變頻器和其它設(shè)備的干擾，請(qǐng)將控制變頻器的信號(hào)線與強(qiáng)電回路（主回路及順控回路）分開走線。距離應(yīng)在30cm以上。即使在控制柜內(nèi)，同樣要保持這樣的接線規(guī)范。該信號(hào)與變頻器之間的控制回路線最長(zhǎng)不得超過50m。信號(hào)線與動(dòng)力線必須分別放置在不同的金屬管道或者金屬軟管內(nèi)部：連接plc和變頻器的信號(hào)線如果不放置在金屬管道內(nèi)，極易受到變頻器和外部設(shè)備的干擾；同時(shí)由于變頻器無內(nèi)置的電抗器，所以變頻器的輸入和輸出級(jí)動(dòng)力線對(duì)外部會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的干擾，因此放置信號(hào)線的金屬管或金屬軟管一直要延伸到變頻器的控制端子處，以保證信號(hào)線

43、與動(dòng)力線的徹底分開。（1）模擬量控制信號(hào)線應(yīng)使用雙股絞合屏蔽線，電線規(guī)格為。在接線時(shí)一定要注意，電纜剝線要盡可能的短（5-7mm左右），同時(shí)對(duì)剝線以后的屏蔽層要用絕緣膠布包起來，以防止屏蔽線與其它設(shè)備接觸引入干擾。 （2）為了提高接線的簡(jiǎn)易性和可靠性，推薦信號(hào)線上使用壓線棒端子。3.5.7變頻器的運(yùn)行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象?？刂品绞剑杭此俣瓤刂?、轉(zhuǎn)距控制、pid控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)

44、，其散熱性能很差，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。 最高運(yùn)行頻率：一般的變頻器最大頻率到60hz，有的甚至到400 hz，高頻率將使電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)普通電機(jī)來說，其軸承不能長(zhǎng)時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。載波頻率：載波頻率設(shè)置的越高其高次諧波分量越大，這和電纜的長(zhǎng)度，電機(jī)發(fā)熱，電纜發(fā)熱變頻器發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。電機(jī)參數(shù)：變頻器在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從電機(jī)銘牌中直接得到。跳頻：在某個(gè)頻率點(diǎn)上，有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個(gè)裝置比較高時(shí)；在控制壓縮機(jī)時(shí)，要避免

45、壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)。3.5.9常見故障分析及變頻器的外部配置及應(yīng)注意的問題一，常見故障分析：（1）過流故障：過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。其可能是由于變頻器的加減速時(shí)間太短、負(fù)載發(fā)生突變、負(fù)荷分配不均，輸出短路等原因引起的。這時(shí)一般可通過延長(zhǎng)加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查。如果斷開負(fù)載變頻器還是過流故障，說明變頻器逆變電路已環(huán)，需要更換變頻器（2）過載故障：過載故障包括變頻過載和電機(jī)過載。其可能是加速時(shí)間太短，電網(wǎng)電壓太低、負(fù)載過重等原因引起的。一般可通過延長(zhǎng)加速時(shí)間、延長(zhǎng)制動(dòng)時(shí)間、檢查電網(wǎng)電壓等。負(fù)載過重，所選的電機(jī)和變頻器不能拖動(dòng)該負(fù)載，

46、也可能是由于機(jī)械潤(rùn)滑不好引起。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器；如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。（3）欠壓：說明變頻器電源輸入部分有問題，需檢查后才可以運(yùn)行。二，變頻器的外部配置及應(yīng)注意的問題：（1）選擇合適的外部熔斷器，以避免因內(nèi)部短路對(duì)整流器件的損壞變頻器的型號(hào)確定后，若變頻器內(nèi)部整流電路前沒有保護(hù)硅器件的快速熔斷器，變頻器與電源之間應(yīng)配置符合要求的熔斷器和隔離開關(guān)，不能用空氣斷路器代替熔斷器和隔離開關(guān)。（2）選擇變頻器的引入和引出電纜根據(jù)變頻器的功率選擇導(dǎo)線截面合適的三芯或四芯屏蔽動(dòng)力電纜。尤其是從變頻器到電機(jī)之間的動(dòng)力電纜一定要選用屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜，且要盡可能短，這樣可降低電磁輻射和容

47、性漏電流。當(dāng)電纜長(zhǎng)度超過變頻器所允許的輸出電纜長(zhǎng)度時(shí)，電纜的雜散電容將影響變頻器的正常工作，為此要配置輸出電抗器。對(duì)于控制電纜，尤其是i/0信號(hào)電纜也要用屏蔽結(jié)構(gòu)的。對(duì)于變頻器的外圍元件與變頻器之間的連接電纜其長(zhǎng)度不得超過10m。（3）在輸入側(cè)裝交流電抗器或emc濾波器根據(jù)變頻器安裝場(chǎng)所的其它設(shè)備對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)的要求，若變頻器工作時(shí)已影響到這些設(shè)備的正常運(yùn)行，可在變頻器輸入側(cè)裝交流電抗器或emc濾波器，抑制由功率器件通斷引起的電磁干擾。若與變頻器連接的電網(wǎng)的變壓器中性點(diǎn)不接地，則不能選用emc濾波器。當(dāng)變頻器用500v以上電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，需在輸出側(cè)配置du/dt濾波器，以抑制逆變輸出電壓尖峰和電壓

48、的變化，有利于保護(hù)電機(jī)，同時(shí)也降低了容性漏電流和電機(jī)電纜的高頻輻射，以及電機(jī)的高頻損耗和軸承電流。使用du/dt濾波器時(shí)要注意濾波器上的電壓降將引起電機(jī)轉(zhuǎn)矩的稍微降低；變頻器與濾波器之間電纜長(zhǎng)度不得超過3m。 第四章、變頻器的現(xiàn)狀及變頻技術(shù)的發(fā)展方向交流變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展至今已有幾十年的歷史。低壓變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)，因其技術(shù)上的不斷創(chuàng)新，使系統(tǒng)在性能上不斷地完善，并在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域挑戰(zhàn)直流調(diào)速系統(tǒng)，已得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新、電力電子器件及

49、材料的開發(fā)及器件制造工藝水平提高基礎(chǔ)之上的，尤其是高壓大容量絕緣柵雙極晶體管igbt、集成門極換流晶閘管igct器件的成功開發(fā)，使大功率變頻技術(shù)得以迅速發(fā)展，性能日益完善。目前市場(chǎng)上新型變頻器品牌繁多，各有千秋。通過分析發(fā)現(xiàn)，這類變頻器有許多共同點(diǎn)。下面筆者對(duì)變頻器的現(xiàn)狀及其未來的技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行分析與介紹。第一節(jié)、變頻器的現(xiàn)狀4.1.1變頻器的市場(chǎng)情況我國(guó)50 %60 %的發(fā)電量用于交流電動(dòng)機(jī),而容量在315 kw以上，額定電壓一般為310 kv的電動(dòng)機(jī)占電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量的 40 %50 %。由于我國(guó)中壓變頻技術(shù)仍沒有形成產(chǎn)業(yè)化，落后于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，因此這部分電動(dòng)機(jī)在負(fù)載工況變化時(shí)，缺少經(jīng)濟(jì)

50、可靠的調(diào)速手段，每天都在浪費(fèi)著大量的電能，因此國(guó)內(nèi)潛在著巨大的中壓大功率變頻器市場(chǎng)。世界上各大知名的電氣公司，如西門子、abb、ab、aeg、東芝等，都在這一領(lǐng)域展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，投入大量的人力、物力和財(cái)力，開發(fā)研制高性能的產(chǎn)品，以搶占我國(guó)中壓大功率變頻器的市場(chǎng)。國(guó)家計(jì)委預(yù)計(jì)在今后十五年內(nèi)，使我國(guó)變頻器總需求的投資額在500億元以上，而其中60 %70 %是中壓大功率變頻機(jī)控制和人工智能、全數(shù)字化光纖控制以及功率單元標(biāo)準(zhǔn)模塊化、絕緣柵雙極晶體管igbt驅(qū)動(dòng)電路智能化等技術(shù)在變頻器上的應(yīng)用。從而得出了應(yīng)用于變頻器的各種技術(shù)的發(fā)展方向。4.1.2我國(guó)的高壓變頻器市場(chǎng)具有的特殊性（1）行業(yè)性很強(qiáng)，主要

51、集中在冶金、電力、供水、石油、化工、煤炭等行業(yè)。在工業(yè)用電中石油、煤炭等能源行業(yè)耗電占22.34 %；化工占14.73 %；冶金占14.18 %；機(jī)械建材占10.96 %；供水占10.53 % 。（2）目前全國(guó)各行業(yè)中，只有少數(shù)企業(yè)的高壓電機(jī)使用了調(diào)速方式，市場(chǎng)空白點(diǎn)多。（3）高壓變頻器屬投資類設(shè)備，主要用于節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝。用戶是否購(gòu)買此類設(shè)備與政府的政策導(dǎo)向關(guān)系很大。如政府推廣力度較大，市場(chǎng)啟動(dòng)會(huì)快一些，反之則慢。另一方面市場(chǎng)還受國(guó)際、國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)大環(huán)境的影響以及國(guó)內(nèi)某些行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益好壞的影響。因此，在未來市場(chǎng)發(fā)展過程中仍存在著一些不確定的因素。（4）海外公司的知名品牌產(chǎn)品大舉進(jìn)入我國(guó)

52、市場(chǎng)的可能性較大，各方應(yīng)有所準(zhǔn)備。4.1.3變頻器的變頻技術(shù)的現(xiàn)狀交交變頻是早期變頻的主要形式，適應(yīng)于低轉(zhuǎn)速大容量的電動(dòng)機(jī)負(fù)載。其主電路開關(guān)器件處于自然關(guān)斷狀態(tài)，不存在強(qiáng)迫換流問題，所以第一代電力電子器件晶閘管就能完全滿足它的要求。由于其技術(shù)成熟，在國(guó)內(nèi)開發(fā)研制也最多，目前在國(guó)內(nèi)仍有一定的市場(chǎng)。交交變頻在其主接線中需要大量的晶閘管，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)工作量較大，并因采用移相控制方式，功率因數(shù)較低，一般僅有0.60.7，而且諧波成分大，需要無功補(bǔ)償和濾波裝置，使得總的造價(jià)提高。交直交變頻采用了多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如中低中方式，其實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻，只不過從電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)兩端來看是高壓。由于其存在著中間低壓環(huán)

53、節(jié)，所以具有電流大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、可靠性差等缺點(diǎn)。由于其發(fā)展較早，技術(shù)也比較成熟，所以目前仍廣泛應(yīng)用。隨著中壓變頻技術(shù)的發(fā)展，特別是新型大功率可關(guān)斷器件的研制成功，中低中方式具有被逐步淘汰的趨勢(shì)。而直接中壓變頻方式，因沒有中間的低壓環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)上有著廣闊的發(fā)展前景。變頻器的逆變器普遍采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管moset、大功率晶體管gtr、可關(guān)斷晶閘管gto等的自關(guān)斷元件，其中g(shù)tr應(yīng)用最為普遍。但是在調(diào)制策略發(fā)展和要求逆變器輸出諧波分量更小的情況下，必須提高開關(guān)頻率，為此，gtr滿足不了這個(gè)要求，于是開發(fā)出了一種新元件igbt。igbt的全稱是絕緣柵雙極晶體管，是一種把 moset與 gtr巧妙結(jié)

54、合在一起的電壓型雙極/mos復(fù)合器件，igbt具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、元件損耗小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、極限溫度高、熱阻小、飽和壓降和電阻低、電流容量大、抗浪涌能力強(qiáng)、安全區(qū)寬、并聯(lián)容易、穩(wěn)定可靠及模塊化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種極理想的開關(guān)元件。目前，電流2 400 a、電壓3 300 v、開關(guān)頻率40 khz的igbt已在小、中、大功率范圍內(nèi)使用。igbt不僅用于 500 v以下低壓變頻器，還可以用于1 000 v以上高壓變頻器以驅(qū)動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)。此類中壓、高壓變頻器采用多電平逆變器輸出高壓，也可用變壓器降壓低壓變頻器變壓器升壓的方式。由于igbt具有性能特好的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)近十年內(nèi)不會(huì)被新開

55、發(fā)的元件所取代。 第二節(jié)、變頻器的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向4.2.1單元串聯(lián)多電平技術(shù)單元串聯(lián)多電平形式在諧波、效率和功率因數(shù)等方面存在著優(yōu)勢(shì)，在不要求四象限運(yùn)行時(shí)有著較廣泛的應(yīng)用前景。其中三電平控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：(1)采用三電平拓?fù)淠苡行У亟鉀Q電力電子器件耐壓不高的問題,適用于高電壓大功率。(2)三電平拓?fù)鋯蝹€(gè)橋能輸出三種電平(+ud/2、-ud/2、0)，線(相)電壓有更多的階梯來模擬正弦波，使輸出波形失真度減少，諧波大大減少。(3)多級(jí)電壓階梯波減少了du/dt,使得對(duì)電機(jī)繞組絕緣沖擊減小。(4)三電平 pwm方法把第一組諧波分布帶移至2倍開關(guān)頻率的頻帶區(qū),利用電機(jī)繞組電感能較好地抑制高次諧波

56、對(duì)電機(jī)的影響。采用三電平pwm方法，每個(gè)功率單元的igbt開關(guān)頻率為600 hz，若每相5個(gè)功率單元串聯(lián)時(shí)，等效的輸出相電壓開關(guān)頻率為6 khz，可以降低開關(guān)損耗，提高變頻器效率，這種變頻器可適用于任何普通的高壓電動(dòng)機(jī)，且不必降額使用。雖然采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件的數(shù)量增加，但由于驅(qū)動(dòng)功率下降，開關(guān)頻率較低且不必采用均壓電路，使系統(tǒng)在效率方面仍有較大的優(yōu)勢(shì)，一般可達(dá)97 %。并且，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所有功率單元可以互換，維修也比較方便。(5)三電平拓?fù)淠墚a(chǎn)生333=27種空間電壓矢量,可以帶來諧波消除算法的自由度,可以得到很好的輸出波形。4.2.2功率母線技術(shù)在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生